第四纪黄土物源的时空差异研究现状及展望

黄土物源研究对揭示第四纪以来东亚大气环流格局的演化和构造—气候之间的相互作用具有重要意义.目前已应用多种物源示踪方法对黄土物源开展了大量研究,但对黄土物源时空差异规律及其动力学机制尚未取得较为一致的认识.在综合分析黄土物源研究现状的基础上,重点从影响87Sr/86Sr值和143Nd/144Nd值组成及单颗粒碎屑锆石U-...     

中国东部黄土物源铀同位素碎粒年代学研究

细粒物质的²³⁴U/²³⁸U比值记录了颗粒自破碎以来经历的时间,具有示踪地表过程的巨大潜力。本研究应用铀同位素碎粒年龄学解析中国东部黄土堆积的物源。中国东部黄土的初始²³⁴U/²³⁸U比值低于黄土高原黄土,指示出不同的物质来源。中国东部黄土物源具有很强的近源性,显示出明显区域特征。山东半岛及其滨海黄土主要来自黄泛平原和冰期暴露陆架的黄河沉积物。黄河沿岸黄土可能直接来自黄河河漫滩。下蜀黄土可能来自冰期阶段的长江沉积物。

     

贺兰山地区中晚三叠世物源分析及其时空演化过程*

系统分析物源的时空演化过程,必将为判断当时的盆地构造背景和盆地属性提供佐证。文中运用重矿物分析方法,结合砾石岩性组成、地层厚度变化及沉积相分布规律,对贺兰山地区中晚三叠世沉积物源进行系统分析。结果表明: 贺兰山地区中晚三叠世沉积物具有多源、混源以及上下层段时空演化差异明显的特点。中三叠世纸坊期物源主要来自盆地西北部和西部;晚三叠世延长期T3y1、T3y2段沉积时期,物源主要来自盆地西北部、西部、南部;T3y3至T3y5段沉积时期,盆地东部物源开始出现,并分布于贺兰山汝箕沟沟口至鬼头沟一线,此时汝箕沟—香棒子沟一带是沉积混源中心。西部物源主要为阿拉善地块之上的沉积地层,但西部南段受南部物源控制,与西部北段的物源岩性有较明显不同;西北部物源主要是孔兹岩带、前寒武纪变质岩及古生代岩浆岩;东部地区物源可能为现今银川地堑及其东部的沉积地层。贺兰山地区中晚三叠世物源时空演化的转折期,主要在纸坊期至延长期T3y1段沉积时期之间和延长期T3y2段至T3y3段沉积时期之间,2次明显的物源演化反映了贺兰山盆地构造动力学机制的重大转变。     

基于碎屑锆石的黄土高原—毛乌素交界区石峁黄土粉尘物源估算*

对于黄土高原粉尘物质的来源以及沙漠和河流对粉尘的贡献,仍未达成一致的认识。本研究以毛乌素东神木市石峁剖面为研究对象,利用碎屑锆石年龄谱,对末次冰消期以来的风成粉尘堆积和河流沉积物展开源区分析,并使用逆蒙特卡罗模型进行物源的定量计算。结果显示,粒径分布和阴极发光(CL)图像显示石峁黄土为典型风成沉积。其粗颗粒碎屑锆石(>40 μm)年龄峰值集中在190~300 Ma、300~600 Ma、1700~1900 Ma和2300~2600 Ma,年龄谱显示近源(局地基岩碎屑)、中源(黄河河沙)和远源(阿拉善地区沙漠)均有贡献; 定量计算表明,三者分别贡献71%、21%和8%的风成粗颗粒。中、近源中,黄河及其支流侵蚀基岩后搬运沉积的漫滩物质成为粉尘输移的中转站,为黄土的形成提供了主要的物源。光释光测年结果表明,石峁剖面河流沉积物及其上覆的黄土物质分别形成于倒数第2次冰消期和末次冰消期,两者之间的沉积间断可能指示了末次冰期至冰消期的侵蚀事件,导致了河滩物质暴露,从而形成了潜在的局地尘源。这些结果表明,包括黄河干支流在内的河流系统对黄土粉尘有重要的物源贡献。     

基于碎屑锆石的黄土高原—毛乌素交界区石峁黄土粉尘物源估算*

对于黄土高原粉尘物质的来源以及沙漠和河流对粉尘的贡献,仍未达成一致的认识。本研究以毛乌素东神木市石峁剖面为研究对象,利用碎屑锆石年龄谱,对末次冰消期以来的风成粉尘堆积和河流沉积物展开源区分析,并使用逆蒙特卡罗模型进行物源的定量计算。结果显示,粒径分布和阴极发光(CL)图像显示石峁黄土为典型风成沉积。其粗颗粒碎屑锆石(>40 μm)年龄峰值集中在190~300 Ma、300~600 Ma、1700~1900 Ma和2300~2600 Ma,年龄谱显示近源(局地基岩碎屑)、中源(黄河河沙)和远源(阿拉善地区沙漠)均有贡献; 定量计算表明,三者分别贡献71%、21%和8%的风成粗颗粒。中、近源中,黄河及其支流侵蚀基岩后搬运沉积的漫滩物质成为粉尘输移的中转站,为黄土的形成提供了主要的物源。光释光测年结果表明,石峁剖面河流沉积物及其上覆的黄土物质分别形成于倒数第2次冰消期和末次冰消期,两者之间的沉积间断可能指示了末次冰期至冰消期的侵蚀事件,导致了河滩物质暴露,从而形成了潜在的局地尘源。这些结果表明,包括黄河干支流在内的河流系统对黄土粉尘有重要的物源贡献。     

西宁黄土碎屑锆石年龄特征及其 对黄土高原黄土物源的指示意义

物源研究是理解黄土高原风成沉积物中古环境记录的关键一环。众多证据表明,黄土高原西北部的阿拉善高原及其周边广袤干旱地区是黄土高原黄土的主要风尘源区。但是,基于锆石U-Pb同位素地质年代学的证据对此提出了质疑。黄土高原黄土与青藏高原北部物质中的锆石具有相似的年龄分布,预示黄土高原风尘主要以西风搬运的方式来自青藏高原北部,特别是柴达木盆地。本研究通过分析西宁黄土的锆石年龄特征验证此假说。西宁处于在从青藏高原北部到黄土高原的假想搬运路线上。西宁黄土主要来自青藏高原北部的干旱区。西宁黄土中锆石的主要年龄分布与黄土高原黄土相似,反映青藏高原北部确实为黄土高原黄土的主要物质来源。但是,与黄土高原黄土相比,西宁黄土缺少年龄在360Ma左右和年龄小于100Ma的锆石。这两组年龄的锆石可能来自其他地区,例如处于中亚造山带。由于阿拉善干旱区也通过河流搬运接收来自青藏高原北部的物质,锆石 U-Pb年龄证据并不能排除阿拉善干旱区作为主要风尘物源的可能。相反,阿拉善干旱区还接受来自其北部中亚造山带和其本身华北克拉通的物质,来自阿拉善干旱区的风尘可能更好地解释黄土高原黄土中的锆石年龄特征。     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

京津冀地区历史地震事件时空特征研究*

受环太平洋地震带影响,华北平原地区地震频发,尤其是处于中国首都经济圈的京津冀地区的地震事件备受关注。通过对历史文献资料及地震台网记录中的地震事件统计、分析,重建该地区地震事件历史并获取其潜在的空间分布特征及时间规律,对未来地震事件的早期预警具有重要参考意义。分析结果表明,公元前231年至公元2018年期间京津冀地区发生的1044起地震事件中,以有感地震和中强地震为主,小地震、强烈地震以及大地震发生频次较低。地震记录完整性分析结果表明,除小地震外,其他等级地震记录自公元1400年以来基本完整。在空间分布上,京津冀地区历史地震呈“T”字形分布,沿1条北西—南东走向地震带和1条北东—南西走向地震带分布。在时间上,京津冀地区地震事件呈现出阶段性的变化,在公元1480—1680年间以及1950年以来2个时间段内较为活跃,发生频率较高,频谱分析结果进一步表明地震记录存在45年的复发周期。在月际尺度上,地震事件同样存在季节性差异且多发于夏秋季节,同时地震密集区域在年内呈现出自西向东迁移的现象。最后,根据历史地震事件发生的时间规律,在未来一段时间内京津冀地区仍将处于地震活跃期,存在发生强震的风险。     

华北南缘中元古界高山河群碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义*

为了探讨华北板块南缘中元古代沉积地层的时代归属和物质来源、区域古地理格局和大地构造特征,对豫西灵宝福地地区的高山河群进行碎屑锆石U-Pb年代学和锆石微量元素特征研究。获得的高山河群年龄最小(年轻)的单颗碎屑锆石 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄值为1685±39 Ma,从而限制了高山河群最早沉积年龄不早于1700 Ma。结合上覆的龙家园组年代学标定(1594±12 Ma),将高山河群的形成年代限定为1700—1600 Ma,即中元古代长城纪的中晚期,属国际地质年表的“固结纪”。高山河群中碎屑锆石 ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 年龄范围为1685—2751 Ma,呈现1850 Ma、2150 Ma、2300 Ma和2500 Ma共4个年龄峰值,对应于华北克拉通古元古代重要的地质事件,并且高山河群以1850 Ma和2500 Ma峰值年龄段的地质体为主要的物源区。根据高山河群与云梦山组碎屑锆石年龄频率对比,推测在豫西地区西侧存在以往报道较少的年龄为2500 Ma的地质体。根据熊耳群火山岩及其对应锆石的地球化学特征和熊耳期盆地动力学性质,并结合高山河群沉积相特征和沉积盆地构造属性,认为熊耳群形成于与“岛弧”共生的拉张性质的弧后盆地地区,而其上覆的高山河群为弧后盆地靠近大陆一侧的具有被动大陆边缘性质的滨浅海沉积。     

坡面细沟侵蚀产沙时空分布规律试验研究

利用放水冲刷试验结合稀土元素(REE)示踪技术对坡面侵蚀产沙特征及其时空变化进行了研究。结果表明:在径流冲刷下,坡面侵蚀产沙可分为三个不同的阶段并对应不同的产沙特征。其空间变化表现为,在6°、9°情况下,坡面不同坡段的相对侵蚀量沿下坡方向呈现出先减小后增大的趋势;在12°小流量情况下,坡面各坡段的相对侵蚀量与坡度较小的情况相似,当流量较大时,坡面各不同坡段的相对侵蚀量随坡长的增大而减小。但坡面最下端坡段的相对侵蚀量总是随着冲刷历时的延长而减小,其余各坡段的相对侵蚀量则呈现出缓慢的波动式上升。     

桂林岩溶峰丛区定域时空变化研究

为探索局域生态环境变化对桂林市整体生态环境状态的影响,选择漓江沿岸北从刘村南至街底共8个峰丛地貌区作为研究对象(编号为No.1~No.8),并以1986、1991和2006年3个时相的Landsat-5卫星影像的TM数据为信息源,采用基于ROI的定域定量遥感技术,结合地理与岩溶地质学资料,对这8个岩溶峰丛区的遥感生境指标即归一化植被指数NDVI和缨帽变换中的绿度分量TC2作定域提取和纵、横向分析(时间和空间变化分析)。研究表明,2006年岩溶峰丛区的NDVI和TC2最高,生态环境最好,1986年次之,1991年最差,表明在20世纪80年代末90年代初这一阶段里,由于桂林市经济高速发展而忽视环保,岩溶峰丛区的生境曾受到较不良影响,但进入本世纪以来已经得到了明显改善;在空间上各峰丛区NDVI大于4.0和TC2大于20的地块呈现斑状或条带状分布,且自1991年以来有向全区扩大的趋势。同一区域不同时间NDVI和TC2变化具有1991年低,1986年、2006年高的趋势,而同一时间不同区域NDVI和TC2也存在着差异,由好到差其关系为:No.5>No.4>No.3>No.8>No.7>No.6>No.2>No.1。      

青藏高原及邻区马兰黄土重矿物特征与黄土来源的研究

通过对青藏高原及邻区马兰黄土重矿物的研究表明，以昆仑山-布尔汗达山-西倾山-岷山为界，黄土重矿物特征表现为两大沉积区系，以北重矿物母岩特征以侵入岩和深变质岩为主的风化产物，主要来源于亚洲内陆干旱的沙漠、戈壁区；以南重矿物母岩特征，以侵入岩、火山岩和浅变质岩为主的风化物质，主要来源于青藏高原冰碛和寒冻风化物。高原隆起的特殊地形效应及其所产生的大气环流作用以及源区物质的区域性差别可能是马兰黄土重矿物组成及其来源差异的主要原因.     

应用石英释光灵敏度溯源的研究现状和展望

应用石英释光灵敏度进行物源研究是释光技术发展的新方向。回顾了石英释光灵敏度在测年研究中的发展现状,对其产生的机制、实验中的影响因素及其在测年中对灵敏度的监测、矫正等进行了介绍,详细介绍了空间尺度上不同沉积物(冰碛物、风成沉积物、水成沉积物)石英释光灵敏度的差异和时间序列上风成沉积物释光灵敏度的变化特征。据现有的研究成果分析,沉积历史和母岩来源对沉积物中石英的释光灵敏度的高低有重要的影响,因此可用它来追溯石英的物源。探讨该技术在物源研究领域存在的问题,对其发展前景进行了展望。     

1961 - 2017年中国东北地区降雪时空演变特征分析

利用东北地区162个气象台站逐日降水量和天气现象数据, 采用统计分析方法, 对近57年（1961 - 2017年）降雪的气候特征和时空演变规律进行了分析。结果表明： 降雪量和降雪日数最多出现在12月, 小雪和中雪最多出现在11月或12月, 大雪和暴雪在冬末春初出现概率最高。降雪分布为山地大于平原, 平原地区自北向南、 自东向西减少, 降雪高值区主要位于大兴安岭北部、 小兴安岭和长白山区, 降雪强度中心位于长白山区和辽宁中部平原地区。年、 秋季、 冬季、 春季降雪量占同期降水量比例分别为4.7%、 7.0%、 84.4%和7.6%; 辽宁省西部山区和南部大连地区日最大降雪量占年总降雪量比例最高, 最长连续降雪日数在2 d以下, 降雪较高纬度地区更为集中。近57年降雪量和降雪强度分别以1.93 mm?（10a）^-1和0.11 mm?d^-1?（10a）^-1的速率显著增加, 降雪日数以2.08 d?（10a）^-1速率显著减少; 降雪量增加主要表现为各等级降雪量的增加, 降雪日数减少主要是微量和小雪日数的减少, 降雪强度增加主要为大雪和暴雪降雪强度的增加。年、 秋季和冬季降雪量占同期降水量比例平均每10年增加0.36%、 0.48%和0.45%, 春季以0.11%?（10a）^-1的速率减少。中雪、 大雪和暴雪对降雪贡献率均呈增加趋势, 小雪降雪量和微量降雪日数贡献率减少; 1987年降雪量和降雪日数突变后, 微量降雪日数和暴雪日数、 小雪降雪量贡献率改变显著。就区域平均而言, 2001 - 2017年的降雪量较1961 - 1980年增加了27.8%, 降雪日数减少了22.4%。     

库姆塔格沙漠东南缘BL砂黄土剖面的沉积过程与物源分析

通过对库姆塔格沙漠东南缘BL砂黄土剖面观测、描述和采样,分析了沉积物粒度、年代、沉积环境和地球化学元素特征,结果表明：1）BL剖面沉积物颗粒的93.34%为砂和粉砂,证明剖面为一砂黄土沉积地层;2）BL砂黄土剖面地层沉积的开始年代为全新世早期（8.3ka）,是阿尔金山东部冰川消融后在特定的地形环境条件下形成的。地表沉积环境在全新世开始到8.3ka之间,受到了阿尔金山冰川和冰缘带融水的泛滥冲刷,难以形成沉积,8.3ka之后冰川积雪融水减少后在高凸的合适地形开始了连续沉积,由此形成了BL砂黄土沉积地层。BL地层沉积速率约为4.22cm/100a,早期沉积速率较快,后期则有所减缓;3）对比BL剖面沉积物特征元素比值分布模式,其与库姆塔格沙漠表层砂、内部出露地层（全新世以来）的不同沉积物特征元素比值分布模式具有极其相似的特征,证明两者的物质具有同源性,BL剖面的沉积物来源就是库姆塔格沙漠表层或者内部地层翻出来的物质。BL砂黄土沉积的过程和物源的研究为今后研究全新世以来库姆塔格沙漠区域古气候过程奠定科学的基础。

     

季节冻土区压实黄土湿陷特性研究进展与展望

随着国家西部大开发的深入发展,国家重点基础工程向西部季节冻土区和湿陷性黄土地区推进,工程面临的黄土湿陷性问题和冻融灾害问题已成为研究和设计人员关注的焦点. 基于前期的研究基础,分析和总结了压实黄土湿陷机理、本构模型和强度理论、工程特性、干湿和冻融循环以及盐分对压实黄土工程特性的影响等方面的研究现状,提出季节冻土区黄土工程面临的问题和研究展望,为完善黄土地基湿陷机理解释和深化黄土力学与工程等研究提供新思路和新方法.     

晚中新世红河海底扇碎屑锆石SHRIMP U-Pb年龄：物源区制约及红河袭夺事件探讨

为确定晚中新世红河海底扇物源区以及“红河袭夺”事件,对钻遇红河海底扇的C2井中的53颗锆石颗粒进行了SHRIMP U-Pb年龄的测定。结果表明,该扇体碎屑锆石存在6个年龄段：230~300Ma,400~500Ma,700~1000Ma,1700~1900Ma,2400~2500Ma和~2700Ma。研究结果表明,红河海底扇碎屑锆石年龄频谱特征与红河最为相似,230~300Ma的锆石主要来自呵叻高原-昆嵩地块;400~500Ma、1700~1900Ma的锆石主要来自松潘甘孜地块;700~1000Ma的锆石来自扬子克拉通;2400~2500Ma和~2700Ma的锆石主要来自松潘甘孜地块古老的扬子克拉通的基底;年龄为400~500Ma、1700~1900Ma以及大于2.4Ga的锆石说明了古红河源头曾经延伸至松潘-甘孜地区,红河袭夺现象确实存在。红河物源的存在,为在琼东南盆地深水区中央峡谷水道实施油气勘探提供了重要的理论基础。     

强潮海湾近岸表层沉积物时空分布特征及水动力响应——以杭州湾北岸为例

沉积物粒度参数是表征其分布和输运特征的重要信息。根据2005年7月和2006年12月采集的167个表层沉积物样品以及收集到的实测水文资料,以杭州湾北岸为例,分析研究强潮海湾近岸表层沉积物的时空变异特征,同时在应用GSTA模型对沉积物进行输运趋势分析的基础上探讨该区域的泥沙来源,并通过掀沙计算分析表层沉积物对高能水动力环境的响应过程。结果表明:（1）杭州湾北岸表层沉积物普遍较细,以粉砂质粘土为主,在南汇、金山岸段存在两个砂质密集区,并且随动力条件的不同在由岸向海方向呈现出逐渐变细的粒度趋势;（2）表层沉积物粒度特征在洪、枯季亦存有差异,枯季较洪季存在普遍粗化现象;（3）GSTA模型结果显示该区域泥沙主要来源于上游岸段来沙和湾口海域来沙,此外局部区域之间的泥沙交换过程也是区域内泥沙平衡协调的重要途径;（4）潮流掀沙作用主要以南汇和奉贤水域为主,波浪掀沙作用范围基本覆盖研究区域的整个岸段,且波高为1.5 m（P=94.9%）以下的波浪掀沙作用对浅水区域的影响最为显著。